末次盛冰期以来东海内陆架沉积物来源及环境记录

发布时间：2020-07-05 21:47

【摘要】：作为全球最宽广和平坦的陆架之一,末次盛冰期以来东海陆架沉积了大量来自河流的物质,使其成为研究“源与汇”过程和海陆相互作用等关键地球表层动力过程的天然实验室。本论文利用取自东海内陆架泥质沉积区的ECMZ和EC2005两根钻孔岩心沉积物和长江及浙江入海河流表层沉积物为研究材料,以年代学、矿物学和陆源碎屑的粒度等分析为基础,通过物源示踪和沉积环境分析等,揭示末次盛冰期以来东海内陆架沉积体成因模式及其对区域或全球环境演化的指示。作为一个受到河流影响的边缘海,东海沉积过程和地形地貌等都受到长江的明显影响。但是末次盛冰期以来,长江主导的东海沉积物质分布模式研究程度仍然较低。本文从矿物学的角度,追踪末次盛冰期以来东海内陆架沉积物来源。尽管末次盛冰期以来,全球海平面变化很大,然而重矿物和粘土矿物数据的分析结果表明这一时期东海内陆架沉积物主要来自长江,研究区附近的小型河流贡献很小。对沉积环境和特征矿物(如聚片状云母、磁铁矿和白云石)的进一步分析表明,在末次盛冰期,古长江物质可通过其古分支河道(刻蚀谷)被向南搬运大约400 km。之后,随着末次冰消期海平面的快速上升,东海内陆架演化为潮间带环境。因此,在末次冰消期晚期(12.5-9.0 kyr BP),研究区沉积过程受到潮汐作用的强烈影响。自7.5 kyr BP至今,长江入海泥沙在沿岸流的作用下向南搬运,导致东海内陆架泥质沉积体的形成。我们的研究表明末次盛冰期以来,长江物质一直是东海内陆架的主要沉积物源,并且不同时期,研究区的沉积模式受到分支河道、潮汐和沿岸流的影响。末次冰消期的海平面变化以两次快速海平面上升(Meltwater Pulses 1A和1B)和一次相对慢速的海平面上升为特征。然而,新仙女木时期(12.85-11.65 kyr BP)海平面变化趋势如何以及快速融冰期1B(11.45-11.1 kyr BP)是否存在的问题一直悬而未决。根据构造活动相对稳定的东海陆架上6根钻孔岩心碳同位素年代控制点和相关的潮间带沉积记录,重建了14.0-10.0 kyr BP时期的高分辨率海平面变化历史。尽管线性回归分析表明此时期海平面连续上升,其速率为10.6±0.6mm/yr(r=-0.87,p(a)0.01,n=95),但是,海平面变化模式在新仙女木事件发生的前、中和后期表现显著不同。14.0-12.85 kyr BP时期发生快速海平面上升,其平均上升速率为30.5±4.9 mm/yr(r=-0.79,p(a)0.05,n=25)。然后,在新仙女木时期,海平面上升速率显著降低,之后在11.65-10.0 kyr BP期间,海平面上升速率重新加速上升到12.0±1.4 mm/yr(r=-0.86,p(a)0.01,n=29),表明快速融冰期1B在东海大陆架上缺失。并且,根据与全球其他不同纬度的高分辨率海平面或海拔高度变化曲线的对比,我们发现在末次冰消期,由于冰盖均衡效应,造成高低纬度的海平面不同,而海水通过从低纬度地区向高纬度地区的迁移使得全球海平面高度趋于一致,特别是在海平面上升速率缓慢的新仙女木时期。东海内陆架泥质沉积中心的形成机制尚不清楚。根据沉积中心周围多根岩心的沉积记录,并结合现今研究区域海流研究成果,我们提出一个新的泥质沉积中心形成模式。东海内陆架南部泥质沉积中心主要是由浙闽沿岸流、台湾暖流和黑潮入侵流之间相互作用产生的水动力学屏障圈闭大量来自长江的悬浮体而形成。其次,泥质沉积中心的形成还受到长江入海通量的影响。我们强调不同阶段亚洲季风气候背景下海洋环流圈闭对泥质沉积中心的约束作用。作为热带太平洋异常的海洋-大气现象,现代厄尔尼诺-南方涛动活动可以影响东亚冬季风的强度,同样东亚冬季风也可以影响厄尔尼诺-南方涛动活动。然而全新世时期两者之间的相互演化关系仍不明确。在本论文中,我们利用东海内陆架泥质体的高分辨率沉积记录重建了7.0 kyr BP以来冬季风的演化历史。在明确物源和输运机制的基础上,我们通过粒度分析揭示出7.0 kyr BP以来东亚冬季风经历了数次百年尺度的震荡,且5.8 kyr BP以来,其强度与厄尔尼诺-南方涛动活动呈现出高置信度的反相相关关系。此结果与现代观测结果和现代气候模拟结果相一致,表明在中晚全新世时期,增强的东亚冬季风可以促使紧随其后的高频率厄尔尼诺-南方涛动活动的产生,而高频率厄尔尼诺-南方涛动活动又可以反过来抑制东亚冬季风的强度。并且,我们从粒度数据中分辨出的1500 yr周期与全新世厄尔尼诺-南方涛动活动周期很好的对应,说明全新世东亚冬季风是联通高低纬度气候系统之间的关键通道。赤道与极地气候系统之间的能量交换可导致1500 yr的全球气候变化周期。因此,我们的研究揭示了中晚全新世时期地球气候系统内部的互反馈机制。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P736.21
【图文】：

东海,位置图,末次盛冰期

2014; Liu et al., 2007; 杨作升等, 1992)。然而，许多关键问题仍然存在，并亟待解决。图1.1 东海位置图Fig. 1.1 Location of the East China Sea1.1 末次盛冰期长江古河道作为世界性大河，长江在物质能量交换和人类历史演化等方面扮演着重要角色 (Macklin and Lewin, 2015; Zheng et al., 2013; Zong et al., 2007)。末次盛冰期，随着全球海平面的大幅度下降，全球陆架区广泛暴露，河流作用可以直接影响陆架沉积作用 (Li et al., 2014; Maselli et al., 2014; Menot et al., 2006)。上世纪九十年代初，我国在嵊泗海域发现珍贵的淡水资源，解决了邻近区域人类生产发展所需

末次盛冰期,古海岸线,东海陆架,空间展布

如果长江古分支河道向南发育，则势必影响东海内陆架的沉积过程，并反映在位于东海内陆架的沉积岩心记录中。图1.2 末次盛冰期长江古河道在东海陆架的空间展布，修改自 Yang et al. (2015)，末次盛冰期古海岸线数据来自 Li et al. (2014)Fig. 1.2 The spatial distribution of the Changjiang (Yangtze) River palaeo-channels on thecontinental shelf of the East China Sea during the Last Glacial Maximum, which are modifiedfrom Yang et al. (2015). The palaeo-coastal lines during the Last Glacial Maximum are from Li etal. (2014).

海平面变化曲线

古海平面重建 (Tanabe et al., 2010)。因此，为解决上述问题，更多来自稳定陆架的沉积记录十分必要。在陆架硅酸盐系统中，恢复古海平面，首先要确定与古海岸线相关的沉积环境，如潮坪沉积环境和盐碱滩沉积环境等 (Barlow et al., 2017;Stattegger et al., 2013; Hanebuth et al., 2009)。潮间带沉积环境位于最大高潮线和最大低潮线之间，且该沉积环境可以随着海平面的上升发生侧向迁移 (Fan, 2013;Hanebuth et al., 2009; Walsh and Nittroues, 2004)，因此，潮间带沉积物深度及相关的准确测年数据可用来恢复古海平面。位于温带的中国东部边缘海陆架区域自晚第四纪以来构造活动相对稳定 (Zang et al., 2016)，并沉积大量河流所携带的泥沙(Liu et al., 2018a; Li et al., 2014)。更为重要的是地球物理资料和沉积记录揭示出在新仙女木事件前后（14.0－10.0 kyr BP），大量的河流输沙量和末次冰消期的海平面上升共同导致了潮间带沉积环境在研究区广泛发育 (Feng et al., 2016; Xu etal., 2016; Liu et al., 2010a)。因此，巨厚的东海陆架区沉积物成为恢复古海平面变化的理想载体。

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